[发明专利]辐射传感器

说明书

本发明涉及一种辐射传感器，更具体地说，但不是唯一地，涉及适用在10GHz及其以上的微波和毫米波段频率上的雷达或通信系统中的这种装置。

辐射传感器在现有技术中已属公知，美国专利4331957描述了一种在雷达转发器设备中采用的偶极子天线，并且用于探测雪崩受害者的位置等等。它基本上是一种全向设备，这正是偶极子天线的特性，因此不提供定向的景物信息。它是一种短距离设备(例如15米)，不能用于识别目标方位。

许多辐射传感器被用作雷达，需要它提供在千米量级或千米以上的距离上的定向景物信息。这就需要用定向天线设备，例如，在导弹搜索器方面使用的那些设备来扫描。美国专利4199762描述了用于雷达天线的支架，该支架根据万向支座绕两个正交轴机械地扫描。这种设备体积较大，并且昂贵。然而，机械扫描的天线仅对天线射束内的目标灵敏。快速移动目标在穿过扫描空间时不一定会遇到扫描天线射束。

为了克服机械扫描雷达的缺陷，电子扫描设备已经问世。这种设备引入发射和/或接收天线阵列。发射或接收射束方向是通过在每个天线上激励信号或本振信号的适当相位进行控制的。称为“MESAR”的相控阵雷达已于1987年10月19-20日在英国伦敦称为“雷达87”的会议上公开了。MESAR由排列成2米见方的918个波导辐射单元的阵列组成。

根据淹没(即封装)在介质材料中的偶极子的天线阵已在美国专利3781896中公开。这个披露是涉及包括在把信号馈送到这种阵列或从其馈送的难以对付的设计问题—静噪。也就是涉及在实现所需的定向特性和测量方面的静噪。

另一种形式的辐射传感器由Zah等人在1985年卷6No.10的红外和毫米波的国际杂志中公开。这种辐射传感器由一维蝴蝶结天线阵组成，该天线阵具有排列在包括物镜和基片镜的透镜系统的图像平面中的集成二极管。由天线接收的信号可标绘为天线位置的函数以提供图像。这种设备的缺点在于：它受接受方式工作的限制。而且，它只检测具有平行于天线极化分量的辐射。既没有发送能力，也没有检测其它极化的任何措施。雷达传感器通常要求是：它们通过单孔提供发射和接收。

微波和毫米波出众的阵列技术由Alder等人于1990年在第20届欧洲微波会议的会刊第454-459页上公开。透镜馈送微波和毫米波接收机与集成天线由Alder等人在同一会刊第449-453页上公开。

本发明的目的是提供另一种形式的辐射传感器。

根据本发明的辐射传感器，有用于对辐射聚焦和定义第一和第二焦面(26a，36)的聚焦设备(12)，并且包括在每种情况下位于相应焦面的一个波长之内的发送设备或接收设备(50)，所述波长是在与相应的焦面相邻的介质中测量得的传感器的操作波长，其特征在于，感测器包括可转换反射设备(18)，用于可选择地执行反射和发送入射辐射的功能，提供反射设备，使接收设备和来自发送设备的辐射输出隔离，并能够通过聚焦设备接收来自远景的辐射。

根据本发明另一方面，包括会聚介质透镜(12)的辐射传感器的辐射传感器，该会聚介质透镜排列成确定光孔和通过该光孔的光轴，其特征在于，

(a)透镜包括极化选择反射设备(18)，用于在经过光轴(78)延伸的相应透镜表面区域上定义第一和第二焦面(26a，36)，

(b)反射设备(18)提供可控制地反射一个极化的辐射和发送一个极化的辐射的设备。

(c)天线的接收阵列(100)位于第一焦面(26a)的一个波长内，所述波长是在和第一焦面相邻的介质中测量的传感器的工作波长，阵列(100)的每个天线(102)被设置来接收从相对于光轴的相应光束方向进入传感器的辐射，并主要和通过透镜(12)传送的辐射耦合，和

(d)用于将通过透镜的辐射耦合到多个射束方向的定向选择发射装置，位于第一焦面(26a)的一个传感器工作波长内。

本发明提供的优点在于，它提供了保护辐射接收装置免受杂散RF辐射的程度。

可转换的反射装置可以是排列成在OFF(关闭)状态下反射一个信号极化和发射另一个信号极化和在ON(接通)状态下反射二个极化的单片PIN二极管阵列，该阵列是平行于二个焦平面的。该阵列可以夹在各自的透镜部分的平面之间。一个透镜部分的形状可以是球面罩而第二透镜部分可以是平截的锥体。这便提供了用较低密度廉价的材料可实现很紧凑的结构形式。